与n-i-p太阳能电池相比，p-i-n钙钛矿太阳能电池(PSC)提供简化的制造、更适合电荷提取层以及低温处理凯时娱乐赌场官网凯时娱乐赌场官网。自组装单层(SAM)可以增强p-i-n PSC的性能，但超薄SAM可能对热不稳定凯时娱乐赌场官网。
鉴于此凯时娱乐赌场官网，香港城市大学朱宗龙教授与华中科技大学李忠安教授合作报道了一种耐热空穴选择性层，该层由氧化镍（NiOx）纳米粒子薄膜组成，表面锚定有(4-(3,11-二甲氧基-7H-二苯并[c,g]咔唑-7-基)丁基)膦酸(MeO-4PADBC) SAM可以改善和稳定NiOx/钙钛矿界面。NiOx/MeO-4PADBC与钙钛矿之间的能量排列以及有利的接触和结合减少了具有各种钙钛矿成分的PSC的电压不足凯时娱乐赌场官网，并在热应力下产生了强大的界面增韧效应凯时娱乐赌场官网。由此产生的1.53电子伏特的器件实现了25.6%的认证功率转换效率凯时娱乐赌场官网，并且在1太阳光照下，在65摄氏度下连续运行1200小时后仍保持其初始效率的90%以上凯时娱乐赌场官网凯时娱乐赌场官网。相关研究成果以题为“Stabilized hole-selective layer for high-performance inverted p-i-n perovskite solar cells”发表在最新一期《Science》期刊上。本文第一作者为2022年刚博士毕业的李稹。值得一提的是凯时娱乐赌场官网，在2022年4月份，还在读博士的李稹就以第一作者的身份发表了一篇《Science》。从2019年入学香港城市大学凯时娱乐赌场官网凯时娱乐赌场官网，在朱宗龙教授课题组读博凯时娱乐赌场官网凯时娱乐赌场官网，仅3年就毕业凯时娱乐赌场官网，短短一年半的时间，接连发两篇science。
调节末端官能团是调节SAM和钙钛矿之间界面相互作用的有效方法凯时娱乐赌场官网。根据以往的工作：咔唑结构的高平面性和对称性；两个偶极矩方向相反的OMe基团的结合导致MeO-[2-(9H-咔唑-9-基)乙基]膦酸的净分子偶极矩接近于零（图1A）凯时娱乐赌场官网凯时娱乐赌场官网。作者通过使用非共面螺旋形二苯并[c,g]咔唑（DBC）单元作为核心来解决这个问题，以减少引入OMe基团时对偶极矩的负面影响，提供了MeO-4PADBC的新SAM（图1B）。然后作者计算了 SAM 与钙钛矿之间的界面结合能，结果表明MeO-4PADBC 与钙钛矿有更强的结合。进一步地凯时娱乐赌场官网，作者比较了MeO-4PADBC SAM和NiOx/MeO-4PADBC作为p-i-n PSC的HSL（图1C）凯时娱乐赌场官网凯时娱乐赌场官网。然后通过从基板上刮下MeO-4PADBC和NiOx/MeO-4PADBC薄膜来放大信号凯时娱乐赌场官网，傅里叶变换红外(FTIR)光谱P=O(1169cm−1）和P-OH（1035和950cm−1）吸收峰显示出明显的位移（图1D）凯时娱乐赌场官网，表明化学键的形成凯时娱乐赌场官网。作者进一步使用紫外光电子能谱（UPS）来评估不同基底相对于具有不同带隙（1.53、1.68和1.8eV凯时娱乐赌场官网，图1E）的钙钛矿吸收体的能量排列凯时娱乐赌场官网，结果总结在图1中凯时娱乐赌场官网。
为了估计ITO/NiOx/MeO-4PADBC基板的热稳定性，作者以原始ITO/MeO-4PADBC作为参考凯时娱乐赌场官网，应用开尔文探针力显微镜(KPFM)记录热处理下SAM的表面电位演变。在热老化之前凯时娱乐赌场官网，ITO/MeO-4PADBC和ITO/NiOx/MeO-4PADBC基板均表现出相对均匀的表面电位凯时娱乐赌场官网，接触电位分布(CPD)约为40 mV凯时娱乐赌场官网凯时娱乐赌场官网，这表明SAM分子密集地堆积在ITO和NiOx表面上（图3A、B）。在65°C的热板上老化1200小时后凯时娱乐赌场官网，NiOx/MeO-4PADBC基板显示出可忽略不计的CPD变化，而ITO/MeO-4PADBC CPD值增加至约70mV（图3C凯时娱乐赌场官网、D）。作者认为ITO/MeO-4PADBC基板的CPD波动可能归因于解吸凯时娱乐赌场官网、热应力下的形态变化或两者兼而有之。DFT模拟进一步证实：与裸ITO上的MeO-4PADBC相比，NiOx薄膜上的MeO-4PADBC具有更强的抗热应力能力（图3E、F）凯时娱乐赌场官网凯时娱乐赌场官网凯时娱乐赌场官网凯时娱乐赌场官网。
研究人员进行热加速老化测量以评估基于SAM的PSC的可靠性凯时娱乐赌场官网。在25°C和65°C下1200小时后，基于MeO-4PADBC的器件分别降解至起始PCE的85%和65%（图4A）。当老化温度升至85°C时，800小时后仅保留了其初始PCE的47%。1200小时后凯时娱乐赌场官网，NiOx器件在65°C和85°C下分别保留了初始PCE的85%和65%（图4B）凯时娱乐赌场官网。然而凯时娱乐赌场官网凯时娱乐赌场官网，基于NiOx/MeO-4PADBC的器件在65°C和85°C下运行1200小时后分别保留了90%和74%的初始PCE（图4C）凯时娱乐赌场官网，这与图3分析的降解情况一致。通过具有不同HSL的PSC的温度依赖性降解的活化能(Ea)可以得到每个温度的寿命加速因子（AF）（图4D），由此可以估计NiOx/MeO-4PADBC HSL的PSC在没有顶部钝化处理的情况下凯时娱乐赌场官网，在室温下运行7567小时后仍可保留其初始PCE的80%。
本文展示了一种高效且稳定的HSL，其热稳定性大大提高凯时娱乐赌场官网，适用于包含高效SAM的倒置p-i-n PSC。MeO-4PADBC的合理分子结构设计和深入分析表明凯时娱乐赌场官网凯时娱乐赌场官网凯时娱乐赌场官网，最佳偶极矩和与钙钛矿的良好接触是实现理想能量排列和快速空穴提取以提高器件效率和稳定性的关键。而且，MeO-4PADBCSAM分子锚定在NiOx薄膜上凯时娱乐赌场官网，可以与NiOx形成更强的三齿键凯时娱乐赌场官网，有效降低电压损失，进一步在热应力下保持较强的固定效果。该研究为高效凯时娱乐赌场官网、稳定的HSL设计提供了理论指导，并为轻松获得商用倒置p-i-n PSC铺平了道路凯时娱乐赌场官网。
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